HTTPS并非是应用层的一种新协议。只是HTTP通信接口部分用SSL(Secure Socket Layer)和TLS(Transport Layer Security)协议代替而已。
通常,HTTP直接和TCP通信。当使用SSL时,则演变成先和SSL通信,再由SSL和TCP通信了。简言之,所谓HTTPS,其实就是身披SSL协议这层外壳的HTTP。
SSL是独立于HTTP的协议,所以不光是HTTP协议,其他运行在应用层的SMTP和Telnet等协议均可配合SSL协议使用。可以说SSL是当今世界上应用最为广泛的网络安全技术。
对称加密:加密和解密同用一个密钥的方式称为共享密钥加密。
非对称加密:使用公开密钥加密方式,发送密文的一方使用对方的公开密钥进行加密处理,对方收到被加密的信息后,再使用自己的私有密钥进行解密。利用这种方式,不需要发送用来解密的私有密钥,也不必担心密钥被攻击者窃听而盗走。
HTTPS采用对称加密和非对称加密两者并用的混合加密机制。若密钥能够实现安全交换,那么有可能会考虑仅使用非对称加密来通信。但是非对称加密与对称加密相比,其处理速度要慢。所以充分利用两者各自的优势,将多种方法组合起来用于通信。在交换密钥环节使用非对称加密方式,之后的建立通信交换报文阶段则使用对称加密方式。
对称加密方式还是存在一些问题的。那就是无法证明公开密钥本身就是货真价实的公开密钥。这就有了数字证书认证机构。
数字证书认证机构的业务流程。
- 服务器的运营人员向数字证书认证机构提出公开密钥的申请。数字证书认证机构在判明提出申请者的身份之后,会对已申请的公开密钥做数字签名,然后分配这个已签名的公开密钥,并将该公开密钥放入公钥证书后绑定在一起。
- 服务器会将这份由数字证书认证机构颁发的公钥证书发送给客户端,以进行公开密钥加密方式通信。公钥证书也可叫做数字证书或直接称为证书。
- 接到证书的客户端可使用数字证书认证机构的公开密钥,对那张证书上的数字签名进行验证,一旦验证通过,客户端便可明确两件事:一,认证服务器的公开密钥的是真实有效的数字证书认证机构。二,服务器的公开密钥是值得信赖的。
- 此处认证机关的公开密钥必须安全地转交给客户端。使用通信方式时,如何安全转交是一件很困难的事,因此,多数浏览器开发商发布版本时,会事先在内部植入常用认证机关的公开密钥。
证书的一个作用是用来证明作为通信一方的服务器是否规范,另外一个作用是可确认对方服务器背后运营的企业是否真实存在。拥有该特性的证书就是EV SSL证书(Extended Validation SSL Certificate)。
HTTPS的通信步骤。
- 客户端通过发送Client Hello报文开始SSL通信。报文中包含客户端支持的SSL的指定版本、加密组件(Cipher Suite)列表(所使用的加密算法及密钥长度等)。
- 服务器可进行SSL通信时,会以Server Hello报文作为应答。和客户端一样,在报文中包含SSL版本以及加密组件。服务器的加密组件内容是从接收到的客户端加密组件内筛选出来的。
- 之后服务器发送Certificate报文。报文中包含公开密钥证书。
- 最后服务器发送Server Hello Done报文通知客户端,最初阶段的SSL握手协商部分结束。
- SSL第一次握手结束之后,客户端以Client Key Exchange报文作为回应。报文中包含通信加密中使用的一种被称为Pre-master secret的随机密码串。该报文已用步骤3中的公开密钥进行加密。
- 接着客户端继续发送Change Cipher Spec报文。该报文会提示服务器,在此报文之后的通信会采用Pre-master secret密钥加密。
- 客户端发送Finished报文。该报文包含连接至今全部报文的整体校验值。这次握手协商是否能够成功,要以服务器是否能够正确解密该报文作为判定标准。
- 服务器同样发送Change Cipher Spec报文。
- 服务器同样发送Finished报文。
- 服务器和客户端的Finished报文交换完毕之后,SSL连接就算建立完成。当然,通信会受到SSL的保护。从此处开始进行应用层协议的通信,即发送HTTP请求。
- 应用层协议通信,即发送HTTP响应。
- 最后由客户端断开连接。断开连接时,发送close_notify报文。上图做了一些省略,这步之后再发送TCP FIN报文来关闭与TCP的通信。
在以上流程中,应用层发送数据时会附加一种叫做MAC(Message Authentication Code)的报文摘要。MAC能够查知报文是否遭到篡改,从而保护报文的完整性。
SSL的慢分两种。一种是指通信慢。另一种是指由于大量消耗CPU及内存等资源,导致处理速度变慢。针对速度变慢这一问题,并没有根本性的解决方案,我们会使用SSL加速器这种(专用服务器)硬件来改善该问题。该硬件为SSL通信专用硬件,相对软件来讲,能够提高数倍SSL的计算速度。